氣體滲氮時，不銹鋼零件必須清除表面鈍化膜，且滲氮時間較長；液體軟滲氮雖然不需要清除鈍化膜，但鹽浴有毒，對人體有害，對環境也是污染。目前，不銹鋼零件滲氮應用較多的就是離子滲氮。不銹鋼零件在離子滲氮時，由于離子轟擊的作用，可以自動去除不銹鋼、耐熱(re)鋼零件表面的鈍化膜，并可直接進行不銹鋼零件的滲氮。與氣體滲氮相比，離子滲氮具有以下優點：
1. 滲入速度快
在滲(shen)氮溫度和保(bao)溫時(shi)間相(xiang)同的(de)情(qing)況(kuang)下，離子滲(shen)氮所(suo)得(de)到的(de)滲(shen)氮層(ceng)厚度明顯(xian)大于氣(qi)體滲(shen)氮層(ceng)深度，特別是淺層(ceng)滲(shen)氮時(shi)（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮的(de)速度是氣(qi)體滲(shen)氮的(de)兩倍以上。
2. 零(ling)件變形小(xiao)
由于離(li)子滲(shen)氮(dan)是通過(guo)陰極濺(jian)射進(jin)行的(de)，因(yin)此抵消掉了一部分(fen)因(yin)氮(dan)的(de)滲(shen)入引起的(de)零件(jian)尺寸的(de)漲量。同時離(li)子滲(shen)氮(dan)溫度(du)較低(di)，變(bian)形較小。
3. 滲氮組織易于控制(zhi)
通過調節(jie)滲氮氣體的成分(fen)可以對(dui)滲層組織進行適當的控制，并降(jiang)低不(bu)銹鋼零件的脆性。
4. 易于(yu)實現(xian)局部滲氮
用機械(xie)屏(ping)蔽(bi)法(fa)即可對非(fei)滲(shen)氮(dan)部位進(jin)行有效(xiao)的保(bao)護，比氣體滲(shen)氮(dan)采用電鍍、涂(tu)料(liao)等(deng)保(bao)護法(fa)經(jing)濟、簡便。
離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)是在(zai)離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)爐(lu)中(zhong)進(jin)行的(de)，在(zai)低(di)真空(kong)下，向(xiang)爐(lu)中(zhong)通(tong)入(ru)氨(an)氣(qi)或氮(dan)氫混合氣(qi)體。以工(gong)(gong)件(jian)為陰極(ji)，爐(lu)壁為陽極(ji)，在(zai)直(zhi)流電壓的(de)作用下引起輝光放電，氮(dan)被(bei)離(li)(li)子化，并(bing)以高速(su)向(xiang)工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)(mian)轟擊，一方面(mian)(mian)使工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)(mian)產生離(li)(li)子濺射(she)，造成晶格缺陷；另一方面(mian)(mian)，轟擊產生熱能，加熱工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)(mian)。氮(dan)離(li)(li)子被(bei)工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)(mian)擒獲(huo)、吸(xi)收，并(bing)向(xiang)工(gong)(gong)件(jian)內部擴散。
一、離子滲(shen)氮(dan)的工藝參數(shu)
離子滲氮的(de)主要工藝(yi)參數為(wei)：
1. 真空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子(zi)應在限(xian)定時間達到(dao)6.65Pa。
2. 氣壓：氣體(ti)常(chang)用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓：加熱(re)電壓為550~750V;在保溫(wen)階段,電壓應適當(dang)比加熱(re)階段電壓略低,通常(chang)為550~650V。形(xing)狀(zhuang)簡單取(qu)650V,形(xing)狀(zhuang)復雜取(qu)550V。
5. 滲(shen)氮溫(wen)度(du)(du)：一(yi)般取450~600℃,即使在400℃以下也能(neng)滲(shen)氮處理。滲(shen)氮溫(wen)度(du)(du)低時(shi)滲(shen)層薄,但溫(wen)度(du)(du)過高則氮化物粗化、硬度(du)(du)下降并(bing)降低抗粘模能(neng)力(li)。工廠(chang)里(li)多采用510-550℃,效果(guo)較佳(jia)。
6. 滲氮(dan)時間(jian)：離子滲氮(dan)時間(jian)的(de)選擇(ze)主要取決(jue)于零(ling)件(jian)所選用的(de)材料(liao)、要求的(de)滲氮(dan)層深度以及滲氮(dan)的(de)溫度。不銹鋼(gang)零(ling)件(jian)一(yi)般取2~6h。
7. 滲氮氣氛：目前,一般使用的是預先經過熱分解的氨氣進行離子滲氮,可以較好地解決直接通氨進行離子滲氮時所產生的一些缺陷,而且方法簡便。有的單位采用N2和H2的混合氣體進行滲氮,H作為稀釋氣體加人可調節滲氮氣氛的氮勢(N和H2的比例可在20:80到80:20之間變化),從而較容易地對滲氨層組織進行控制,提高不銹鋼零件的滲氮質量。
二、滲氮(dan)前的準備(bei)
為了控制(zhi)滲氮質量(liang),必(bi)須對零件(jian)的預處(chu)理、設備真(zhen)空性能、滲氮操作進行(xing)嚴格控制(zhi)。
1. 零件的調質(zhi)處理或固溶(rong)處理：馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)調質后,其基體(ti)(ti)(ti)為(wei)回(hui)火索氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織,提高了基體(ti)(ti)(ti)強度(du)(du)和韌性及(ji)疲勞性能。同樣條(tiao)件下,調質后滲氮層深(shen)度(du)(du)可提高20%以上,硬(ying)度(du)(du)也有所(suo)提高。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)固溶(rong)后可獲得(de)單一(yi)的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織,有利于滲氮層深(shen)度(du)(du)的提高。
2. 消除應力退火：為了(le)減少(shao)不(bu)銹鋼零件滲氮后的變形(xing),在半精加工后、精加工前,加一次消除加工應力退火(huo)處理。退火(huo)溫(wen)度為600-700℃,保(bao)溫(wen)時間(jian)為2-4h,可減少(shao)變形(xing)。
3. 不銹(xiu)鋼零(ling)件在(zai)滲氮前應進行脫脂除(chu)銹(xiu),清理飛邊毛刺,消(xiao)除(chu)弧光放(fang)電。
4. 應進行設備極(ji)限真空度試(shi)驗,爐子應在限定的時間(jian)內達到6.65Pa。否則,在沒有(you)足(zu)夠(gou)的極(ji)限真空度下,容易引起工件在滲氮(dan)和冷卻過(guo)程中的氧(yang)化,加大氮(dan)原(yuan)子擴散阻力(li)。
5. 真空(kong)保(bao)持(chi)試驗。真空(kong)保(bao)持(chi)和極限(xian)真空(kong)度有密(mi)切關系。實踐證明,爐子(zi)的真空(kong)保(bao)持(chi)(即壓升率(lv))為爐壓每分鐘(zhong)上升0.133~0.266Pa時,即能(neng)滿(man)足工藝(yi)要(yao)求。一般開5爐后(hou)即應(ying)作一次真空(kong)保(bao)持(chi)試驗。
三、滲氮操(cao)作
滲氮的具體操(cao)作如(ru)下(xia):
1. 清洗：清洗待滲(shen)氮件表面和內(nei)(nei)孔(kong)的油污、銹斑以及孔(kong)內(nei)(nei)殘存的切屑。
2. 裝爐(lu)：同爐(lu)處理的(de)待滲氮(dan)件(jian)應為(wei)同種零(ling)件(jian)或表面積和重量(liang)之(zhi)比接近的(de)零(ling)件(jian)。零(ling)件(jian)與陰極托(tuo)盤之(zhi)間接觸良好,零(ling)件(jian)間距一(yi)般(ban)為(wei)40~70mm。如能保(bao)證質量(liang),也(ye)可以多種零(ling)件(jian)混裝。
3. 待滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)需防滲(shen)(shen)部(bu)位和不需滲(shen)(shen)氮(dan)的小孔、窄縫應(ying)進行覆蓋、屏(ping)蔽。待滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)至陽(yang)極距(ju)離大致相等，在待滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)預測溫度可能偏(pian)低(di)的部(bu)位可設置輔助陰極和輔助陽(yang)極。
4. 試(shi)樣安放的(de)位置應保證在滲氮(dan)時與(yu)零(ling)件的(de)溫(wen)度一致，或采用模擬試(shi)件。
5. 蓋上爐(lu)罩，起動真空泵(beng)，待爐(lu)壓(ya)(ya)(ya)至(zhi)極限真空度后停泵(beng)，使爐(lu)內(nei)壓(ya)(ya)(ya)升至(zhi)常壓(ya)(ya)(ya)，并重復一(yi)次。這樣也能降低(di)起輝電壓(ya)(ya)(ya)，縮短打散弧(hu)時間。
6. 氨(an)干燥處理(li)：供貨態(tai)的氨(an)，有一(yi)定的殘存水分會(hui)隨氨(an)進(jin)入爐(lu)內，容(rong)易使化(hua)合(he)物層出現ε相。干燥器最好(hao)用不銹鋼板(ban)焊接，填充硅(gui)膠、木炭(tan)等干燥劑(ji)。在滲(shen)氮過程中(zhong)，若氨(an)氣流量(liang)計出現小水珠，應對干燥劑(ji)進(jin)行烘干或(huo)更換(huan)。
7. 氨熱(re)分(fen)(fen)解：氨熱(re)分(fen)(fen)解可(ke)(ke)通過750℃左右的(de)蛇(she)形或螺旋形熱(re)分(fen)(fen)解器實(shi)現。分(fen)(fen)解器的(de)內(nei)徑(jing)為8～12mm，由(you)不銹鋼管制(zhi)成，展開長度為1.5～2.5m。分(fen)(fen)解器可(ke)(ke)置于箱式(shi)電爐內(nei)，也可(ke)(ke)用(yong)6kW左右的(de)專用(yong)封(feng)閉式(shi)小型電爐。
8. 正壓狀(zhuang)態供(gong)氮(dan)：輸氮(dan)管路一般都比較長，接頭(tou)多，而(er)且常存在盤折現象。氨壓在管壁損失大，加(jia)之干燥器(qi)的阻力，使流(liu)量(liang)計(ji)進氣端接頭(tou)等處有(you)可能出現負壓。若這些地(di)方(fang)不嚴(yan)密，空氣進入(ru)流(liu)量(liang)計(ji)，混入(ru)爐內，將造成(cheng)零件(jian)滲(shen)氮(dan)層薄且硬(ying)度低等缺陷。所以(yi)流(liu)量(liang)計(ji)一側應維持(chi)正壓，輸氨管路應盡量(liang)短(duan)，各個接頭(tou)要牢固。
9. 采用合適的(de)電壓點燃輝光后，采用逐步交(jiao)替升(sheng)高壓和氣壓的(de)程(cheng)序(xu)進行清理和升(sheng)溫(wen)，升(sheng)溫(wen)速(su)(su)度一(yi)般以250～350℃／h為宜。升(sheng)溫(wen)速(su)(su)度過快，會增加零件(jian)的(de)變(bian)形量，因此(ci)易變(bian)形零件(jian)在400℃以上應緩(huan)慢加熱。
10. 冷(leng)卻(que)水要(yao)適量：保溫期間冷(leng)卻(que)水不宜(yi)過大，爐體表面溫度(du)維持(chi)在30℃左右即可。
11. 弱輝降(jiang)溫：保溫階段(duan)結束后，提高(gao)爐(lu)(lu)內真空度，減小電流，以(yi)不使輝光(guang)熄滅(mie)(mie)為(wei)度（傳統上是關閉閥門停止供氣和抽氣，切斷輝光(guang)電源，零件在(zai)滲氮(dan)氣氛(fen)中隨爐(lu)(lu)冷(leng)卻）。待爐(lu)(lu)溫降(jiang)到250℃以(yi)下(xia)時(shi)滅(mie)(mie)輝，再加大氨量(liang)和冷(leng)卻水量(liang)，冷(leng)卻0.5h。
12. 零件溫度(du)降到200℃以下方可出爐。
13. 零件出爐后應進(jin)行(xing)外觀(guan)、硬度、滲氮深度、金(jin)相組織、變形量(liang)的檢查。
部(bu)分不銹鋼(gang)常用滲(shen)氮(dan)工藝規(gui)范見表3-21，離子滲(shen)碳時的氨氣流量可根(gen)據設備功率參照表3-22選取。
